Esquemas de aterramento TN-C-S, TN-S e TT explicados de forma simples

Duas casas podem ter o mesmo quadro, os mesmos disjuntores e os mesmos cabos e, mesmo assim, se comportar de um jeito totalmente diferente quando um aquecedor tem uma falta à terra. Numa, o disjuntor desarma em poucos milissegundos. Na outra, ele não desarma nunca, e a carcaça metálica do aquecedor fica energizada até um DR desligar. A diferença é o esquema de aterramento: como o condutor de proteção da instalação está ligado à fonte.

As letras

A NBR 5410, assim como a IEC 60364, nomeia os esquemas de aterramento com duas ou três letras.

• Primeira letra, a fonte: T (do francês terre, terra) significa que o ponto neutro do transformador está diretamente aterrado. I significa que está isolado da terra, ou aterrado por uma impedância alta.
• Segunda letra, as massas da instalação (partes metálicas que se pode tocar): T significa que estão ligadas a um eletrodo de aterramento próprio. N significa que estão ligadas por um condutor ao ponto neutro aterrado da fonte.
• Depois do hífen, só no TN: S significa que neutro (N) e condutor de proteção (PE) são separados; C significa que estão combinados num único condutor, o PEN.

TN-C-S se lê assim: fonte aterrada, massas ligadas ao neutro da fonte, com N e PE juntos numa parte do sistema e separados no resto.

TN-S: um condutor de proteção separado até a fonte

Um condutor de proteção separado vai do transformador até a instalação. N e PE são separados em todo lugar.

Numa falta à terra, a corrente sai pela fase, passa pela falta e volta ao transformador por um condutor metálico. A impedância do laço é pequena, a corrente é grande (muitas vezes centenas de ampères) e o disparador magnético do disjuntor atua quase na hora.

TN-C-S: junto na rede, separado na entrada

A rede traz um condutor combinado, o PEN, que na entrada da instalação (no padrão de entrada ou no quadro geral, junto ao eletrodo de aterramento) é separado em N e PE. Dali em diante, eles nunca mais podem ser unidos. O PEN da rede é aterrado em vários pontos.

Uma falta à terra se comporta como no TN-S: laço metálico, corrente grande, desarme rápido.

O ponto fraco é o próprio PEN. Se ele se rompe entre o transformador e a instalação, a corrente do neutro não tem outro caminho de volta a não ser pelo aterramento da instalação. As cargas “puxam” todo o sistema de PE em direção à tensão de fase, através da própria impedância: as lâmpadas ficam fracas ou apagam, e toda parte metálica aterrada da casa (e tudo o que estiver equipotencializado com ela) pode ficar perigosa ao toque. O DR não necessariamente percebe, porque as correntes de fase e neutro que passam por ele continuam iguais. Por isso o PEN é aterrado repetidas vezes e tem seção adequada.

TN-C-S: a fase encosta na carcaça metálica de um aquecedor. A corrente de falta volta pelo PE e pelo PEN, centenas de ampères, e o B16 desarma na hora.

TN-C: neutro e terra juntos até o aparelho

No TN-C, N e PE ficam combinados até a carga. É o que acontece quando alguém liga o terra da tomada no neutro, uma prática comum e perigosa em instalações antigas. Em circuitos terminais novos isso não é permitido: um condutor PEN precisa ter pelo menos 10 mm² de cobre, e um DR não funciona com ele, porque a corrente de falta volta pelo mesmo PEN que passa pelo DR.

TT: um eletrodo de aterramento próprio

No TT, a instalação tem seu próprio eletrodo de aterramento (hastes enterradas), com resistência RA. O neutro da concessionária é aterrado no transformador (resistência RB). Não há caminho metálico entre eles: a corrente de falta volta pela terra.

A terra conduz mal. Com os valores típicos que o WireWhy usa por padrão, RA = 100 Ω e RB = 10 Ω, numa rede de 127 V:

• corrente de falta ≈ 127 V ÷ (100 Ω + 10 Ω) ≈ 1,15 A;
• tensão na carcaça do aparelho com defeito ≈ 1,15 A × 100 Ω ≈ 115 V.

Em 220 V, as mesmas contas dão cerca de 2 A e 200 V. Um disjuntor de 16 A nunca desarma com 1 ou 2 A. A carcaça fica energizada indefinidamente, muito acima dos 50 V considerados o limite de tensão de contato. É por isso que uma instalação TT depende do DR: um DR de 30 mA vê mais de um ampère de corrente residual e abre em milissegundos. A condição a cumprir é RA × IΔn ≤ 50 V, então eletrodo e DR são escolhidos juntos.

TT: a mesma falta. A corrente precisa passar pelo solo, é pequena demais para desarmar o B16, e a carcaça fica com tensão perigosa. No TT, quem desliga essa falta é o DR.

Lado a lado

	TN-S	TN-C-S	TT
O PE vem	da rede, condutor separado	da rede, separado do PEN na entrada	do eletrodo próprio
Corrente de falta à terra	grande	grande	pequena (alguns ampères)
Quem desliga	disjuntor ou fusível (DR como proteção adicional)	disjuntor ou fusível (DR como proteção adicional)	DR
Principal risco	cabos longos elevando Zs	PEN rompido	resistência do eletrodo; DR ausente ou defeituoso

Os tempos máximos de seccionamento de cada esquema estão na NBR 5410 e dependem da tensão da instalação.

(O esquema IT, com a fonte isolada da terra, continua funcionando depois de uma primeira falta e é usado em salas cirúrgicas e em parte da indústria. Fica fora deste artigo.)

E no Brasil?

A NBR 5410 reconhece os esquemas TN-S, TN-C-S, TN-C, TT e IT. Qual se aplica depende da concessionária e do padrão de entrada; nas residências, o mais comum é TN-C-S, com o neutro aterrado no padrão e o PE distribuído a partir do quadro, ou TT, com eletrodo próprio. Se você não sabe qual é o da sua casa, um eletricista pode dizer e medir se o aterramento está bom.

Teste os três esquemas num só circuito

No WireWhy, o esquema de aterramento é uma configuração da alimentação: TN-C-S (padrão), TN-S ou TT, com Ze, RA e RB editáveis. Monte um circuito de tomada com disjuntor, coloque uma falta à terra na tomada e alterne entre os esquemas: no TN-C-S o disjuntor desarma na hora; no TT não, e o WireWhy mostra a tensão de contato nas massas. Acrescente um DR de 30 mA e o desligamento volta. Depois ative o PEN rompido na alimentação e veja o que acontece com as lâmpadas e com o PE.

Abra o WireWhy em wirewhy.com/pt-br. O lado do disjuntor está em Curvas B, C e D do disjuntor, e o do DR em Por que o DR desarma?